DE3941975C2 - Schaltungsanordnung zur Überwachung von Isolationswiderständen in Stromnetzen - Google Patents
Schaltungsanordnung zur Überwachung von Isolationswiderständen in StromnetzenInfo
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- H02H3/17—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to fault current to earth, frame or mass by means of an auxiliary voltage injected into the installation to be protected
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Description
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Überwa
chung von Isolationswiderständen ungeerdeter ein- oder mehr
phasiger Wechselstromnetze und aus diesen gespeister Gleich
stromkreise mit einer einpolig über eine Drosselspule zwi
schen dem Wechselstromnetz und Erdpotential angeordneten Meß
anordnung, die eine Gleichspannungsquelle mit einem in Reihe
geschalteten Widerstand enthält.
Eine derartig definierte Schaltungsanordnung ist aus der
DE-PS-25 15 121 bekannt. Zur Messung des Isolationswider
standes ist hier im Meßkreis eine ständig einwirkende Gleich
spannungsquelle vorgesehen, mit der über einen Meßwiderstand
im Falle von fehlerhaften Isolationswiderständen entsprechen
de Spannungsveränderungen durch eine geeignete Auswerteschal
tungsanordnung feststellbar sind. Eine fehlerhafte Isolation
im Bereich des Wechselstromnetzes - Erdschluß über einen Lei
ter des Wechselstromnetzes - bewirkt eine Stromveränderung,
die sich in allen Fällen am Meßwiderstand als eine Spannungs
erhöhung gegenüber dem fehlerfreien Betrieb mit einem Isola
tionswiderstand mit dem Wert UNENDLICH auswirkt.
Tritt allerdings ein Erdschluß im aus dem Wechselstromnetz
gespeisten Gleichstromkreis auf, also Erdschluß mit der Plus-
Leitung oder der Minus-Leitung der Brückenspannung, so über
lagert je nach Größe des Erdschlußwiderstandes die Gleich
spannungsquelle ganz oder teilweise die Brückenspannung des
Gleichstromkreises. Diese Überlagerungsvorgänge bei der Er
fassung von Isolationsfehlern im Gleichstromkreis sind wegen
der sehr unterschiedlichen Größen der Spannungen relativ un
genau zu erfassen.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, ei
ne Schaltungsanordnung zur Überwachung von Isolationswider
ständen anzugeben, bei der sowohl die Isolationsfehler in
Wechselstromnetzen als auch die Isolationsfehler in daraus
gespeisten Gleichstromkreisen mit annähernd gleichmäßig emp
findlichen Messungen zu ermitteln sind, wobei sowohl der ap
parative Aufwand verringert als auch die Schaltungsanordnung
hinsichtlich der gewünschten Genauigkeit im Meßergebnis ver
einfacht sein soll. Erfindungsgemäß wird dies dadurch er
reicht, daß
- - zwischen der Drosselspule und der Gleichspannungsquelle ei ne Meßbrückenschaltung mit einem Meßwiderstand zur Ermitt lung einer Meßspannung angeordnet ist,
- - die Gleichspannungsquelle kurzschließbar ist,
- - die Meßspannung mittels Schaltmittel umschaltbar ist und
- - die durch den Meßstrom verursachte Meßspannung einer Mikro prozessoreinrichtung zugeführt wird.
Mit dem Kurzschließen der Gleichspannungsquelle innerhalb des
Ablaufs eines Meßvorganges ist in einfacher Weise festzustel
len, ob trotz des Kurzschließens der Gleichspannungsquelle
noch ein Gleichstrom über den Meßwiderstand fließt und gege
benenfalls welche Polarität die sich am Meßwidersand einstel
lende Spannung aufweist. Dieser Meßvorgang erfaßt die Isola
tionswiderstände im Gleichstromkreis, ohne daß die Brücken
spannung von der Gleichstromquelle überlagert wird.
Die Überbrückung der Gleichspannungsquelle wird vorzugsweise
durch eine Mikroprozessoreinrichtung gesteuert, die gemäß ei
ner vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung den dazu erfor
derlichen Steuerbefehl zeitlich in Abhängigkeit von dem im
Wechselstromnetz und den daraus gespeisten Gleichstromkreis
abhängigen Zeitkonstanten steuert. Die Meßbereichsumschaltung
erfolgt ebenfalls von der Mikroprozessoreinrichung netzzu
standsabhängig als Ergebnis der der Mikroprozessoreinrichtung
zugeführten Meßspannung.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht
vor, die von der Mikroprozessoreinrichtung ermittelten Isola
tionswiderstandswerte durch eine Anzeigeeinrichtung numerisch
anzuzeigen und bei Unterschreitung eines einstellbaren Grenz
wertes durch ein zusätzliches Signal zu markieren. Mit dieser
Maßnahme kann auf besonders gravierende Fehler, insbesondere
bei Unterschreitung von kritischen Grenzwerten, schnell rea
giert und durch entsprechende Abschaltvorgänge um Abhilfe ge
sorgt werden.
Zusätzlich kann die Mikroprozessoreinrichtung gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung mit einer Fernanzeige
ausgestattet sein, die ein dem ermitteltem Isolationswider
stand proportionales pulsmoduliertes Signal zur Ansteuerung
eines Analoganzeigegerätes überträgt, so daß die Überwachung
mehrerer Netze von einer zentralen Stelle aus erfolgen kann.
Weiterhin ist die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung da
durch vorteilhaft ausgestaltet, daß
die Netzparameter, wie Netzart, Nennspannung, Isolationswi
derstand und die Geräteparameter, wie Referenzspannung, Prüf
spannung, Innenwiderstand der Meßanordnung, durch eine Perma
nent-Speichereinrichtung speicherbar sind.
Mit dieser Maßnahme können die Toleranzen der in der Meß
anordnung verwendeten Bauelemente weitestgehend vernachläs
sigt werden, da die Netzparameter und die Geräteparameter mit
ihren tatsächlich vorhandenen Ist-Werten erfaßt und zur Be
rechnung der jeweiligen Isolationswiderstände in den einzel
nen Meßphasen herangezogen werden können.
In diesem Zusammenhang sind als weitere vorteilhafte Ausge
staltungen der Erfindung vorgesehen, daß mit der Gleichspan
nungsquelle in Reihe mit einem zwei unterschiedliche Werte
annehmenden Prüfwiderstand die Geräteparameter als Eichmaß
vorgebbar sind und das Eichmaß vor jeder Messung durch eine
Ist-Vergleichsmessung überprüfbar ist.
Zur Fernüberwachung und Fernsteuerung dieser Netze kann die
erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit einer UART-
Schnittstelle ausgestattet sein, so daß sowohl die Messung
selbst als auch die dazu notwendigen Steuervorgänge von über
geordneten Schaltwarten wahrgenommen werden können.
Um die ständige Funktionsfähigkeit der Schaltungsanordnung,
insbesondere vor jeder Messung, sicherzustellen, ist gemäß
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vor
gesehen, einen hochohmigen mit Erdpotential verbundenen Prüf
widerstand bekannter Größe an einen Leiter des Wechselstrom
netzes mittels der Mikroprozessoreinrichtung anzuschalten.
Fließt der dem Prüfwiderstand entsprechende Strom, so können
keine Stromkreisergebnisse innerhalb der Meßanordnung vorlie
gen, die fälschlicherweise als korrekte Isolationswider
standswerte auswertbar wären.
Die Erfindung wird in einem in zwei Figuren dargestellten
Ausführungsbeispiel näher erläutert, wobei die Fig. 1 den
prinzipiellen Schaltungsaufbau erkennen läßt, während die
Fig. 2 nähere Schaltungseinzelheiten zeigt.
In der Fig. 1 ist das mehrphasige Wechselstromnetz NSP mit
den Leitungen L1 bis L3 dargestellt, das ohne einen Schutz
leiter ausgestattet ist. Die Leiter L1 bis L3 sind in bekann
ter Weise mit den nicht näher bezeichneten Gleichrichtern
verbunden, die die Brückenspannung UB erzeugen. Weiterhin ist
angedeutet, daß die Leitung L1 über den Tiefpaß TP mit der
Meßschaltung MS in Verbindung steht, und daß die Meßbrücken
schaltung MS mit der einpolig an Erde angeschalteten Gleich
spannungsquelle UZ eine Reihenschaltung bildet. Weiterhin ist
die Meßbrückenschaltung MS mit ihrem Ausgang, an dem sich die
Meßspannung UM einstellt, mit dem Analog/Digital-Wandler AD
verbunden, wobei die Meßspannung UM dem A/D-Wandler zugeführt
wird.
Die Mikroprozessoreinrichtung ME ist u. a. mit der Anzeige
einrichtung AZ ausgestattet, auf der die mit der Meßbrücken
schaltung MS ermittelten Isolationswiderstandswerte zur An
zeige gebracht werden. Gleichzeitig ist angedeutet, daß die
Mikroprozessoreinrichtung ME einen Signalausgang zur Meßbe
reichsumschaltung MU enthält, der unmittelbar auf die Meß
brückenschaltung MS einwirkt. Auch die Gleichspannungsquelle
UZ steht unter dem Steuereinfluß der Mikroprozessoreinrich
tung ME, mit der der Kurzschluß K innerhalb eines Meßvorgan
ges gesteuert wird.
Mit den unterbrochenen Linien sind die Fehlerzustände ange
deutet, wobei mit dem ersten Fehlerwiderstand RF1 die Erd
schlüsse auf den Leitungen LI bis L3 des Wechselstromnetzes
NSP als Ersatzschaltbild dargestellt sind, während die
Fehlerwiderstände RF2 und RF3 die Erdschlüsse an dem Minus-
Pol bzw. dem Plus-Pol der Brückenspannung UB bedeuten.
Die Fig. 2 zeigt nähere Auszüge der Meßbrückenschaltung, die
in bekannter Weise über die Drosselspule SP mit einer Leitung
L des Wechselstromnetzes gekoppelt ist. Parallel zur Drossel
spule SP ist der Dämpfungswiderstand RO dargestellt, der in
Reihe mit dem Widerstand R mit der aus den Brückengleichrich
tern G1 bis G4 gebildeten Brückenschaltung mit einem der
Wechselpole verbunden ist. Der weitere Wechselpol steht mit
der Gleichspannungsquelle UZ in Verbindung, deren freier An
schluß mit Erdpotential behaftet ist. Die Plus-Minus-
Anschlüsse der Gleichrichterschaltung sind über den Meßwider
stand RM verbunden, zu dem parallel der (Feldeffekt-
)Transistor T zur Meßbereichsumschaltung MU mit dem Wider
stand RT geschaltet sind.
Die Gleichspannungsquelle UZ wird im Bedarfsfalle ebenfalls
durch einen nicht bezeichneten (Feldeffekt-)Transistor über
brückt, wobei sowohl der Kurzschluß K als auch die Meßbe
reichsumschaltung MU durch einen jeweiligen Steuerbefehl von
der Mikroprozessoreinrichtung veranlaßt wird. Der Kondensator
C wirkt mit dem Widerstand R und der Drosselspule SP als
Tiefpaß, so daß ein gegebenenfalls vorhandener Wechselstrom
anteil kurzgeschlossen und die Meßspannung UM nicht beein
trächtigt ist.
Die Schaltungsanordnung ist außerdem mit den Anschlüssen 1, 2
versehen, die durch die Verbindung mit den Anschlüssen 11 und
21 die Eichung der Meßanordnung bewirkt und damit die Meßge
räteparameter festlegt.
Claims (9)
1. Schaltungsanordnung zur Überwachung von Isolationswider
ständen ungeerdeter ein- oder mehrphasiger Wechselstromnetze
und aus diesen gespeister Gleichstromkreise mit einer einpo
lig über eine Drosselspule zwischen dem Wechselstromnetz und
Erdpotential angeordneten Meßanordnung, die eine Gleichspan
nungsquelle mit einem in Reihe geschalteten Widerstand ent
hält, dadurch gekennzeichnet, daß
- 1. zwischen der Drosselspule (SP) und der Gleichspannungsquel le (UZ) eine Meßbrückenschaltung (MS) mit einem Meßwider stand (RM) zur Ermittlung einer Meßspannung (UM) angeordnet ist,
- 2. die Gleichspannungsquelle (UZ) kurzschließbar ist,
- 3. die Meßspannung (UM) mittels Schaltmittel (T, RT) umschalt bar ist und
- 4. die durch den Meßstrom (IM) verursachte Meßspannung (UM) einer Mikroprozessoreinrichtung (ME) zugeführt wird.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
- 1. das Kurzschließen der Gleichspannungsquelle (UZ) durch einen netzzustandsabhängigen Steuerbefehl der Mikroprozessorein richtung (ME) erfolgt und
- 2. die Meßbereichsumschaltung (MU) durch einen weiteren netz zustandsabhängigen Steuerbefehl der Mikroprozessoreinrich tung (ME) erfolgt.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder
2, dadurch gekennzeichnet, daß
- 1. die von der Mikroprozessoreinrichtung (ME) ermittelten Iso lationswiderstandswerte durch eine Anzeigeeinrichtung (AZ) numerisch angezeigt und bei Unterschreitung eines einstell baren Grenzwertes durch ein zusätzliches Signal markiert sind.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß
- 1. die Mikroprozessoreinrichtung (ME) einen Signalausgang zur Fernanzeige aufweist, der ein dem ermittelten Isolationswi derstandswert proportionales pulsdauermoduliertes Signal zur Ansteuerung eines Analoganzeigegerätes überträgt.
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß
- 1. die Netzparameter, wie Netzart, Nennspannung, Isolationswi derstand und die Geräteparameter, wie Referenzspannung, Prüfspannung, Innenwiderstand der Meßanordnung, durch eine Permanent-Speichereinrichtung speicherbar sind.
6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß
- 1. mit der Gleichspannungsquelle (UZ) in Reihe mit einem zwei unterschiedliche Werte annehmenden bekannten Prüfwiderstand (RP) die Geräteparameter als Eichmaß vorgebbar sind.
7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß
- 1. das Eichmaß vor jeder Messung durch eine Ist-Vergleichmes sung überprüfbar ist.
8. Schaltungsanordnung nach einem der vorangegangenen Ansprü
che 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß
- 1. die Schaltungsanordnung mit einer UART-Schnittstelle zur Fernüberwachung der Stromnetze ausgestattet ist.
9. Schaltungsanordnung nach einem der vorangegangenen Ansprü
che 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß
- 1. im Betriebszustand durch den von der Mikroprozessoreinrich tung (ME) wirksam schaltbaren Prüfwiderstand (RP) bekannter Größe die Schaltungsanordnung ständig auf ihre Funktionsfä higkeit überprüfbar ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19893941975 DE3941975C2 (de) | 1989-12-15 | 1989-12-15 | Schaltungsanordnung zur Überwachung von Isolationswiderständen in Stromnetzen |
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Publications (2)
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DE3941975A1 DE3941975A1 (de) | 1991-06-20 |
DE3941975C2 true DE3941975C2 (de) | 1999-01-28 |
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ID=6395828
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DE19893941975 Expired - Fee Related DE3941975C2 (de) | 1989-12-15 | 1989-12-15 | Schaltungsanordnung zur Überwachung von Isolationswiderständen in Stromnetzen |
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Families Citing this family (5)
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JPH05328740A (ja) * | 1992-05-21 | 1993-12-10 | Fuji Electric Co Ltd | インバータの地絡検出方法 |
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1989
- 1989-12-15 DE DE19893941975 patent/DE3941975C2/de not_active Expired - Fee Related
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